На агрегацию ледяных кристаллов оказывают влияние гравитационные, аэродинамические и электрические силы. Под действием этих сил происходит соударение ледяных кристаллов. Причинами соединения кристаллов между собой, кроме механического сцепления, обязанного особенностям их конфигурации, являются адгезия и смерзание.[ ...]
В разделе 1.3 при рассмотрении коагуляционного роста капель было показано, что электрические силы оказывают значительное влияние на скорость их роста. Причем это влияние тем больше, чем меньше относительная скорость падения капель. Характерными особенностями ледяных частиц игольчатой и пластинчатой форм являются их сравнительно малая скорость падения и узкий спектр скоростей. Вследствие этого относительная скорость падения таких ледяных частиц небольшая, и влияние электрических сил на их агрегацию должно быть большим.[ ...]
Скорость падения ледяных кристаллов сравнительно невелика, поэтому время их взаимодействия с капельками облачных размеров будет большим, чем время взаимодействия капель той же массы. При совпадении направлений электрического поля и длинной оси на краях ледяных частиц игольчатой и пластинчатой форм значительно усиливается напряженность поля. Совместное влияние увеличения времени взаимодействия и усиления напряженности поля должно привести к увеличению скорости соударения.[ ...]
В сильных вертикальных электрических полях грозовых облаков можно ожидать переориентацию длинной оси ледяных кристаллов игольчатой и пластинчатой форм с горизонтального положения на вертикальное. Действительно, по наблюдениям Воннегута [557], в кристаллических вершинах грозовых облаков возникают своеобразные оптические явления в виде световых полос, которые, вероятно, вызываются упорядоченным поворотом ледяных кристаллов под действием электрического поля. Мендез [440] исследовал интенсивность ортогонально поляризованных солнечных лучей, отраженных от кристаллической вершины грозовых облаков. Была обнаружена связь между интенсивностью отраженных лучей и моментами наступления грозовых разрядов, что можно объяснить изменением ориентации ледяных кристаллов под действием электрического поля до и после разрядов.[ ...]
Для получения значений критической напряженности поля было выполнено экспериментальное исследование на моделях. Струя воздуха, создаваемая вентилятором, поднимала вверх сделанную из алюминиевой фольги частицу толщиной 0,03 мм, шириной 1 мм и длиной от 5 до 25 мм. Следовательно, среднее значение находилось в пределах 50—250. При отсутствии электрического поля частицы сохраняли горизонтальное положение, совершая колебательное движение относительно него. При включении вертикального поля всегда можно было найти такое значение напряженности, при котором происходило изменение положения частицы с горизонтального на вертикальное. Из этих опытов было получено, что для =100 Екр = 7 • 104 В/м. Скорость падения частиц оказалась около 1,5 м/с. Эти данные получены для плотности воздуха у поверхности земли. С уменьшением плотности воздуха значение критической напряженности поля будет уменьшаться. Но вместе с уменьшением плотности воздуха будет увеличиваться конечная скорость падения частиц, что должно привести к некоторому увеличению критической напряженности. В результате будет происходить частичная компенсация этих влияний.[ ...]
На основании рассмотренных выше предварительных экспериментов на моделях можно считать, что получено подтверждение предположения, что электрическое поле является причиной поворота ледяных кристаллов в вершинах грозовых облаков. Однако еще необходимо выполнить подобные исследования с ледяными кристаллами.[ ...]
При повороте вытянутого эллипсоида в вертикальном электрическом поле от горизонтального положения к вертикальному сопротивление воздуха при падении уменьшается и конечная скорость падения частицы увеличивается. В. А. Дячук [45], фотографируя скоростной кинокамерой падение частицы игольчатой формы из металлизированного нейлона, определил, что увеличение скорости примерно на 50% происходит немедленно после поворота частицы. Очевидно, что конечная скорость падения частицы, ориентированной вертикально, будет еще в большей степени отличаться от ее скорости при падении в горизонтальном положении (Джаяратне и Мейсон [349]). Поворот частиц вдоль электрического поля имеет существенное значение, так как изменяются условия их сближения, соударения и контакта.[ ...]
В опытах с электроосаждением в переохлажденном тумане За-видский и Папи [589] обнаружили под микроскопом замерзание капелек на поверхности льда. В. М. Мучник и Ю. С. Рудько [140] при температурах не ниже —10° С наблюдали как в электрическом поле, так и без него оседание переохлажденных капелек на поверхности льда. При намерзании капелек образовывался сравнительно гладкий слой без особенно выдающихся выступов.[ ...]
При температурах переохлаждения ниже —10° С замерзание капелек на поверхности ледяных кристаллов происходит весьма быстро. Капельки сильно деформируются и приобретают кристаллическое строение, часто превращаясь в монокристаллы (Н. В. Глики и др. [36] и др.).[ ...]
В сильных электрических полях капельки, оседающие на поверхности частиц, приобретают вытянутую в направлении поля форму (Т. Г. Габарашвили и др. [25]). Это облегчает преобразование капель в монокристаллы и приводит к появлению на концах частиц кристаллических заострений, которые в свою очередь вызывают усиление поля на концах частиц и дальнейшее ускорение коагуляции.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Образование инея на ледяных сферах в электрическом поле (jEo |
 |
| Ю5 В/м) при температуре —20 "С. По В. М. Мучнику и Ю. С. Рудько |
|
| Зависимость прироста массы сферы (%) при соударениях с ледяными кристаллами от напряженности поля Е. Температура воздуха —9° С. |
 |
| Конфигурации моделей для исследования увеличения сил взаимодействия между ледяными кристаллами по сравнению со сферами эквивалентного радиуса гэкв. По Сондерсу [501]. |
![Конфигурации моделей для исследования увеличения сил взаимодействия между ледяными кристаллами по сравнению со сферами эквивалентного радиуса гэкв. По Сондерсу [501].](/static/pngsmall/358205058.png) |